Teknisk utredning för anslutning av vindkraftverk till elektriskt nät. Technical study for conecting a windpower plant to a distribution grid

Transkript

1 School of Mathematics and Systems Engineering Reports from MSI - Rapporter från MSI Teknisk utredning för anslutning av vindkraftverk till elektriskt nät Technical study for conecting a windpower plant to a distribution grid Hans Svensson Gojart Neziri June 2009 MSI Report Växjö University ISSN SE VÄXJÖ ISRN VXU/MSI/ED/E/ /--SE 1

2 SAMMANFATTNING Anslutning av energiframställande anläggningar till ett elnät kräver någon form av förstudier eftersom det har en direkt inverkan på nätets egenskaper. Denna rapport utreder anslutningsmöjligheterna för en vindkraftpark, på totalt 58 MW fördelat på 21 vindkraftverk, till Tidaholms kommunala elnät. Med vägledning från handledare och anvisningar från föreskrifter som tagits fram för denna sortens projekteringar, har vi gjort fyra lösningsförslag. Vid första anblick på den här typen av uppdrag undersöker man om det är möjligt att sluta an till befintligt elnät, vilket i det här fallet är Tidaholms distributionsnät på 10 kv. Man undviker på sådant sätt onödig kostnad för byggnation av t.ex. en ny transformatorstation och kablage. Det har visat sig att distributionsnätet som försörjer hushållen i och kring Tidaholm är alldeles för svagt för att klara av en så pass stor belastning som vindkraftverken bidrar med och vi har därför vidare granskat andra ledningar och spänningsnivåer att ansluta till som 40 och 130 kv. Genom att bygga upp och simulera elnätet i datorprogrammet Power Tools erhölls acceptabla värden enbart för det sistnämnda alternativet, vilket innebär att detta nät klarar av att upprätthålla den standard som kännetecknas som god elkvalitet. 130 kv har redan från början ansetts som det naturliga valet då det ger ett klart starkare nät och ger mindre förluster. Valet av kablage grundar sig på den effekt- och strömtålighet som man vill erhålla. En viss överdimensionering görs för att hålla förlusterna nere på en så låg nivå som möjligt. Även ur denna aspekt blir det mer kostsamt men med dyrare kablar erhålls en ökad livslängd och man gör en investering för framtiden. För alternativen 40 kv respektive 130 kv krävs spänningstransformation för att kunna koppla in vindkraftverken på elnätet och för detta måste en nybyggnation av transformatorstationer ske. 2

3 ABSTRACT Connecting power stations to the power grid requires in general some sort of case study because it directly affects the grid s characteristics. This paper discusses the possibilities of connecting wind power of 58 MW to Tidaholm s municipal distribution grid. With the help of mentors and guide line directions provided, we have come up with four different solutions. Dealing with these sorts of technical matters one begins by first having a look at the existing grid and examine possible connections, which in this case is represented by Tidaholm s municipal grid of 10 kv. Doing so can avoid unnecessary costs such as building, for example new transformer stations and/or installing new cables, instead of designing a whole new system. As it turns out, the local distribution grid that provides the residents of Tidaholm with electricity is too weak to withstand all of the energy produced by the wind power stations. It is therefore crucial to look at other options, such as connecting to a higher level of voltage and as the case may be: 40 kv or 130 kv. When creating the grid in a computer program called Power Tools, the simulation environment provides with fully acceptable values for the last alternative only, which maintains the standard for which power quality is measured by. From the start, 130 kv has been the logical choice since it is clearly a much more powerful grid that is subject to less energy loss. Choice of cable is affected by both capacity and levels of current. Using cables of a higher capacity than necessary is common to keep energy loss at minimum. This will increase costs but more expensive cables have a longer lifespan and they are a good investment for the future. For both alternatives, 40 kv and 130 kv, voltage transformation is necessary to be able to connect the wind power stations to the grid, which requires the construction of new transformer stations. 3

4 FÖRORD När det under sista terminen, som elektroingenjörer, blev dags att söka examensarbete kände vi att vi ville göra någonting som knyter an till framtiden och gärna inom hållbar utveckling. Eftersom vindkraft är aktuellt, i alla tidningar och tidsskrifter, föll det väldigt naturligt att leta efter ett projekt inom detta område. Vi vill ta tillfället i akt att först och främst tacka Rejlers Ingenjörer för att ha tillhandahållit oss ett spännande och intressant examensarbete. Ett speciellt tack till vår handledare, Christian Adolfsson, som har varit en betydelsefull person i arbetsutvecklingen och givit oss de verktyg som behövts för att genomföra ett komplett arbete. Vi uppskattar även det stöd som vi erhållit från inblandade lärare och vi är för deras hjälp enormt tacksamma. Innan vi påbörjade vårt examensarbete hade vi stora förväntningar och det har i det hela varit en stor utmaning för oss båda. Erfarenheten har varit lärorik och kommer att vara något vi bär med oss när vi är färdigexaminerade. Hans Svensson, Gojart Neziri Växjö

5 INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING.2 ABSTRACT (ENGLISH).3 FÖRORD INTRODUKTION Bakgrund Syfte Avgränsning METOD ORDLISTA TEORI Allmänt om vindkraft Vindkraftverkets funktion Riktlinjer Elkvalitet Spänningsstabilitet Frekvensstabilitet Faskompensering AMP, Beräkningsformler ASP Lastflöde Dynamik BEARBETNING Områdesbeskrivning, topografi Tidaholm Befintliga och föreslagna stationer Kablar Valet av vindkraftverk Simulering i PowerTools

6 6. FÖRSLAG TILL ANSLUTNING Alternativ 1: 10kV-nivå Alternativ 2: 10- och 40kV-nivå Alternativ 3: 40 kv-nivå Alternativ 4: 130 kv-nivå RESULTAT OCH DISKUSSION REFERENSER BILAGOR Bilaga Bilaga Bilaga Bilaga

7 1. INTRODUKTION 1.1 Bakgrund Detta examensarbete har utförts i samarbete med Rejlers Ingenjörer och motsvarar 10 veckors arbete, dvs. 15 poäng på högskoleingenjörsprogrammet. Vi tog kontakt med Rejlers ganska tidigt och visade vårt intresse för vindkraft. Intresset ligger främst i det tekniska området, dvs. vad är viktigt att tänka på vid anslutning av vindkraftverk, hur mycket energi kan kraftverken leverera och hur påverkas anslutande elnät? Dessa frågor är av stor vikt varför problemformuleringen är så engagerande. Vindkraft och andra alternativa vägar till energiproduktion har blivit allt mer aktuella eftersom klimatfrågan är så omdiskuterad i dagsläget. Världen är redo för förändring och är positiv i sin inställning med att bidra till den hållbara utvecklingen. Hållbar utveckling kan definieras som att den "... tillgodoser dagens behov utan att äventyra kommande generationers möjligheter att tillgodose sina behov". 1 Ser man till omvärlden har utvecklingen redan tagit stormsteg för att gå en grönare framtid till mötes. 1.2 Syfte Rejlers Ingenjörer har, på begäran av Tidaholms Elnät AB, fått i uppdrag att utreda vilka tekniska möjligheter som finns för att ansluta de vindkraftverk som inkommit med förfrågan. I dagsläget är det planerat för en total effekt på 58 MW. Arbetet skall ta hänsyn till Tidaholms Elnät AB:s önskemål att i första hand ansluta till befintligt elnät men även Vattenfall Eldistribution:s förslag till en ny 130kV-ledning och station. Detta med anledning av att det i regionen förekommer förfrågningar om att få ansluta mer effekt på angränsande elnätbolagens områden. Det huvudsakliga syftet med denna rapport är att den skall agera som underlag till byggnation av vindkraftparken kring Tidaholm. Läsaren skall på ett enkelt sätt få en inblick i arbetet som krävs för dimensionering och driftsättning för vindkraftverken. 1.3 Avgränsning Datum för inlämning och redovisning är satt till 3 Juni Arbetet kommer ej att utreda någon av de skyddsfunktioner som vindkraftverk kräver för anslutning till nätverk. Fokus kommer i första hand att ligga på elkvalitet och anslutningsmöjligheter men uppsatsen ämnar även att ge allmän insikt av vad projektering för vindkraftverk innebär. Av denna anledning förekommer teoretiska inslag av t.ex. felströmsberäkning, reaktiv effektbalans etc. Arbetet är rent teoretiskt vilket innebär att vi ej kommer att befinna oss på plats för driftsättning /04/17 7

8 2. METOD Arbetsgången följer enligt nedan: Studera den information som finns tillänglig rörande anslutning av vindkraftverk till elnätet, bl.a. AMP (anslutning av mindre produktionsanläggningar) och ASP (anslutning av större produktionsanläggningar). Studera tillhandahållet underlag rörande vindkraftverken, befintliga kraftledningar och stationers ingångsdata och lokalisering Studera om vindkraftverken skall ansluta till befintliga kraftledningar alt. nya ledningar. Om nya förläggs, vilken sträckning verkar lämplig utgående från kartan till befintlig eller tillkommande mottagningsstation. Dimensionera anläggningarna i förhållande till överföringskapacitet och kortlutningseffekter. Uppfylls gällande krav rörande elkvaliteten. För att kunna skapa simuleringar av de anslutningsalternativ som tas fram har vi programmet Power Tools till vårt förfogande. Ett relativt okänt program men som har de nödvändiga funktioner för att utföra erforderliga beräkningar. 8

9 3. ORDLISTA (från AMP) Anstlutningspunkt - Den punkt där elektrisk energi överförs till en installation Faktorn ρ - Förhållandet mellan det maximala 10 minuters medelvärdet av ett vindkraftverks produktion av aktiv effekt och vindkraftverkets referenseffekt. Flicker - Fluktuationer i ljusintensitet hos en glödlampa beroende på variationer i spänningen Flickerkoefficienten, c f - Bestäms av uppmätta momentanvärden för strömmar och spänningar samt ett referensnät med nätets kortlutningsvinkel, Ψ k, som parameter. Flickerkoefficienten används för att beräkna flickernivån under drift i den första anslutningspunkten det nät till vilket vindkraftverket ansluts. Den anger ej flickerbidraget vid inkoppling av vindkraftverkets generator(er). Flickerstegfaktor, k f (Ψ k ) - Bestäms av uppmätta momentanvärden för strömmar och spänningar samt ett referensnät med nätets kortlutningsvinkel, Ψ k, som parameter. Flickerstegfaktorn används för att beräkna flickernivån inom det vindområde där generatorinkopplingar bidrar mest till flickernivån. Inkoppling av produktionsanläggning - Inkoppling av vindkraftgrupp bör högst ske med 30 MW per minut. Internt elnät - Elnätet som förbinder aggregat inom produktionsanläggningen Kortslutningsvinkel, Ψ k - Nätets kortslutningsvinkel i första anslutningspunkten kan bestämmas av uttrycket: Ψ k = arctan där R k och X k är nätets kortslutningsresistans och kortslutningsreaktans i anslutningspunkten. Lindningskopplare - Varierande spänning i nätet kan kompenseras genom att omsättningen på transformatorer regleras. För att reglering inte skall ske kontinuerligt finns vissa triggningsnivåer för när lindningskopplaren skall stega om. Maximal avgiven effekt, P max - Den maximala effekt, mätt som ett 10 minuters medelvärde, som vindkraftverket inte överskrider oberoende av väder- och nätförhållanden. Pitchreglering/bladvinkelreglering - Metod för att reglera momentet från turbinen på turbinen på generatorn i ett vindkraftverk genom att vrida vingarna. Reservdrift (redundans) - Alternativ driftläggning med andra ledningar än de som i normala fall nyttjas. Sammankopplingspunkt - Den punkt i nätet som är elektriskt närmast till en specifik anläggning till vilken andra producenter eller konsumenter är eller kommer att anslutas. 9

10 Skenbar referenseffekt, S ref - 10 minuters medelvärde av skenbar effekt när vindkraftverket producerar referenseffekt vid nominell spänning och frekvens med kondensatorbatteriet inkopplat. Stallreglering (överstegsreglering) - Metod för att begränsa momentet från turbinen på generatorn i ett vindkraftverk. Bladens aerodynamiska form åstadkommer turbulens och därigenom en momentminskning vid höga vindhastigheter. Stoppvind - Avser höga vindhastigheter ( >25 m/s ) när vindkraftverken stoppas för att undvika orimlig mekanisk påkänning Urkoppling - Urkoppling av vindkraft bör högst ske med 30 MW per minut. Vindkraftpark (vindkraftgrupp) - Vindkraftverk inom ett geografiskt område som är anslutna till samma punkt i nätet. 10

11 4. TEORI 4.1 Allmänt om vindkraft Vindkraft står idag för en procent av världens totala elproduktion. I Sverige är den årliga elproduktionen ungefär 160 TWh (2) där nästan hälften kommer från kärnkraft och hälften från vattenkraft. Resterande el kommer främst från förnyelsebara källor så som vindkraft, eller från produktion med hjälp av fossila bränslen. I dagsläget produceras ca 1,4 TWh elenergi per år av vindkraft vilket motsvarar 1 % av landets totala elproduktion. Riksdagens framtida mål är att det ska vara möjligt att producera 10 TWh/år vindkraftenergi år Energimyndigheten, som fått i uppdrag att undersöka möjligheterna för vindkraft, hävdar emellertid att det finns potential för en kapacitet på 30 TWh/år men först vid år Som med all annan teknik finns det både för och nackdelar, även med vindkraft. Att välja vindkraft är att göra ett medvetet val för framtiden då man har för avsikt att inte bidra till växthuseffekten. Istället för att t.ex. utnyttja kolproducerad el värnar man om miljön i den utsträckning att nya alternativa metoder tillämpas. Vinden är en oändlig energikälla för vilket intresset är stort men än så länge kan den inte ersätta dagens kärnkraft, snarare verka som ett komplement. Ur miljöperspektiv kvarstår frågor om inverkan på natur- och djurliv men överlag så verkar allmänheten positiv till byggnation av vindkraftverk, trots att det från vingarna kan uppstå störande ljud och att landskapets visuella bild förändras. Projektören följer dock specifika anvisningar för att omgivningen skall påverkas så lite som möjligt. 4.2 Vindkraftverkets funktion Vindkraft är ett område som utvecklas hela tiden. Med utveckling avses framför allt den ökade effekten från vindkraftverken. Från en effekt på ett hundratal kilowatt för några år sedan har man idag kommit upp i nivåer på 8 MW för ett enda vindkraftverk. I och med att effekten har ökat har även vindkraftverkens storlek ökat, vilket märks speciellt på de nya rotorbladen som kan vara upp till 45 meter långa och ge en sveparea med en diameter på 90 meter. Själva tornen ligger på ungefär meters höjd, men även om det vanligtvis blåser mer på högre höjder är det ändå inte säkert att vindförhållandena är optimala. För att utnyttja vinden maximalt kan tornet justeras i horisontell bana via en girmotor som anpassar sig efter vindens riktning. Vindkraftverkets effekt ökar i teorin med vindhastigheten i kubik vilket innebär att en dubbelt så hög vindhastighet ger åtta gånger mer effekt från generatorn. Men ett vindkraftverk kan trots det inte dra nytta av all vindenergi, utan endast hälften av vindenergin blir nyttig i form av elenergi. Det beror t.ex. på att mycket vind blåser förbi. 2 Wattimme ( Wh ): enheten i vilken elektrisk energi, Watt ( W ), mäts per timme. 11

12 Vanliga frågor som brukar uppkomma när det gäller vindkraft är vad som händer när det blåser för mycket eller när det inte blåser alls? Vindkraftverken är konstruerade för att endast vara aktiva för vindhastigheter på 4-25 m/s. Om det blåser för lite stannar kraftverket och hamnar i vänteläge till dess att vinden är tillräcklig för att få en god elproduktion. När kraftverket väl har satts i drift och börjat producera el, fortsätter sedan bladen att rotera fritt tills märkvind uppnås, dvs. den vindhastighet då generatorn uppnår maxeffekt. Märkvinden brukar ligga på m/s beroende vindaggregat. Skulle blåsten överskrida denna vindstyrka bromsas kraftverket ner till märkhastighet genom att rotorbladen vrids med en viss vinkel. Detta kallas för pitchreglering/bladvinkelreglering och gör att mer vind släpps förbi, vilket motverkar rotationen. Ett annat sätt att begränsa rotationen är genom stallreglering där bladens aerodynamiska utformning skapar turbulens vid höga vindhastigheter som föranleder en minskning i moment. Utan reglering skulle för hårda vindar bli en stor påfrestning med mekaniska slitningar och instabilitet som följd. Normalt stoppas kraftverket helt vid sådan ansträngning. Skyddsmekanik förhindrar även att kraftverket roterar i motsatt riktning. Figur 1. Vindkraftverkets konstruktion. Bild från Vattenfall 3 Som det framgår av Figur 1 består verket i sin helhet av rotorblad, växellåda och generator. Rotorbladen sitter på ett nav kopplat till turbinen där axeln från denna driver generatorn. Har man någon gång sett ett vindkraftverk i rörelse vet man att rotationen inte är särskilt snabb. Ju större blad, desto långsammare rotation. Faktum är att rotorbladen snurrar runt med en hastighet av ett tiotal varv per minut, vilket är väldigt långsamt. Generatorn kräver hastigeter vxrx/876156vxrx/876176omxv/P02.pdf#search=%22vindkraft%20p%C3%A5%20land.pdf%20 vfse%22,

13 på över 1000 rpm (varv per minut) för att den ska vara effektiv. Detta löser man med en speciell växellåda som sitter mellan turbinaxeln och generatorn, vars uppgift är att öka varvtalet. Denna process är dock inte helt förlustfri då man tappar runt 3 % av energin genom friktion i kugghjul och annan mekanik. Spänningen från generatorn är normalt V, men denna omvandlas med hjälp av en transformator till högre nätspänning på mellan kv-nivå. Transformatorn är det sista steget i vindkraftverkets system och kan sitta uppe i tornet eller på marknivå i en tillbyggnad. Ett vindkraftverk har normalt en livslängd på ca 25 år, därefter börjar de mekaniska delarna att slitas ut och vindkraftverket måste tas ur bruk. Eftersom reparation blir väldigt dyrt väljer man istället att skrota verket och nästan all material återvinns. Även platsen där kraftverket stått återställs helt utan någon negativ lämning. 4.3 Riktlinjer Konceptet vindkraft grundar sig på idén att omvandla vindenergi till elektrisk energi. Grundprinciper som till synes verkar enkla, men vindkraft bidrar emellertid till bekymmer som kan komma att påverka anslutande elnät. För inkoppling av vindkraftverk är det viktigt att känna till hur anslutningen kan påverka nätet eftersom man som nätägare har ett ansvar för att el- och leveranskvaliteten uppfyller kraven enligt svensk standard. Svensk Energi, som är branschorganisationen för Sveriges elleverantörer, tillsammans med Svenska Kraftnät har tagit fram en rapport, Anslutning av mindre produktionsanläggningar till elnätet, AMP, som ligger till grund för sådana beräkningar. Om den sammanlagda effekten från en vindkraftpark överstiger 25 MW skall även anvisningar från rapporten Anslutning av större produktionsanläggningar till elnätet, ASP, användas. Detta pga. att dynamiken förändras och andra aspekter måste tas i beaktning. Det är alltså nätägarens ansvar att göra denna utredning innan tillstånd för anslutning kan beviljas. Det första en projektör tar sig an vid en utredning är att undersöka hur det anslutande nätet ser ut samt dess tekniska tillstånd och ålder. Det ger honom en översikt av vad som eventuellt kan komma att åtgärdas med förstärkning och nyeller ombyggnation. 4.4 Elkvalitet Begreppet elkvalitet kännetecknar och identifierar karaktäristiken för den godhetsstandard som ska råda i elnätet. Elkvalitet per definition (enligt dr Åke Larsson) innebär att spänningen är kontinuerlig, har en ren sinusform med konstant amplitud och en jämn frekvens. Kvaliteten beror på förhållandet mellan elnät och källan, vilken kan beskrivas med de fysiska karaktärsdragen och proportionerna hos elektricitet : Spänningsstabilitet Frekvensstabilitet Faskompensering 13

14 4.4.1 Spänningsstabilitet Långsamma spänningsvariationer På grund av att vinden inte är konstant medför detta en förändring av spänningen i inmatningspunkten och har till följd att effektproduktionen blir oregelbunden. Spänningsförändringar sker under en längre tid och det handlar om ett tidsintervall av minuter eller t o m upp till 24 timmar. Standard är olika för varje land och i Sverige uppgår maximalt tillåten variation, för vindkraftverk anslutna till kv, till 2,5 % av spänningens effektivvärde. För vindkraftverk anslutna till en nivå på 40 kv, dvs. regionnät, är toleransen aningen högre, 3 %. Långsamma spänningsvariationer på högre spänningsnivåer än 40 kv finns det egentligen inga krav på. Diagram 1. Spänningsvariationen som ett vindkraftverk förorsakar vid olika kortslutningsvinkklar, Ψ k, på nätet och konstant kortslutningseffekt, S k. Både spänningen på y-axeln och effekten på x-axeln är normerade så att 1 p.u. 4 motsvarar nominell spänning respektive nominell effekt. Förhållandet mellan nätets reaktans X och resistans R är tangenten för nätets kortslutningsvinkel Ψ k. Hämtat ur AMP. 4 p.u. står för per unit och är beteckningen för procentuell andel av ett basvärde. 14

15 Snabba spänningsvariationer, flicker Snabba spänningsvariationer uppkommer både vid start- och driftsättning av ett vindkraftverk och har till följd att flickeremission (flimmer på svenska) uppstår. Vid drift är det främst pga. effektpulser som variationerna ger sig till känna, effektpulser som förorsakas av vindgradient 5 och tornskugga 6. I vardagligt språk är flicker lågfrekventa störningar i spänningen och kan göra sig påtaglig i lampor då ljusintensiteten varierar. Enligt riktlinjer bör flickeremissionen under ett tiominuters intervall, från en enskild källa i anslutningspunkten, ej överstiga P st (7) = 0,35. För en tvåtimmarsperiod dras gränsen vid P lt (8) = 0,25. En större vindkraftpark har hårdare krav där motsvarande tillåtna flickeremission har satts till P lt = 0,1. Diagram 2. Maximat tillåtna regelbundet återkommande stegvisa ändringar av spänningens effektivvärde i procent. Hämtat ur AMP 5 Vindgradient: storhet som anger vindhastighetens förändring med höjden i atmosfären. Vindgradient används i vissa fall även om hastighetsförändringen i horisontell riktning. Enheten är (m/s)/m 10/5/ Rotorbladen utsätts för olika lufttryck varje gång de passerar tornet. Den varierande aerodynamiken leder till en ojämn kraftutveckling. 7 st = short time, vindkraftverkets starttid 8 lt = long time, vindkraftverket i drift 15

16 Övertoner Övertoner är störningar i ström och spänning. Den deformerade signalen uppstår främst pga. olinjära laster, kraftelektroniska laster, växelriktare, likriktare och frekvensomriktare. Kraftelektronik används främst för att reglera effekt samt styra spänning och ström. Övertoner har en negativ åverkan som bidrar till slitage och kan leda till bl.a. utlösande av skyddsutrustning, överhettning och fallerande utrustning. Även kommunikationen hos skydds- och kontrollutrustning kan slås ut. Den totala övertonshalten THD (Total Harmonic Distortion) kan summeras för att ge en uppfattning om värdet överstiger maximalt tillåtna amplitud. Rekommendationer tagna ur ASP säger att i en anslutningspunkt bör vindkraftparker inte bidra med strömövertoner så att THD ökar med mer än 2,5 % av referensströmmen i anslutningspunkten. AMP rekommenderar 6 % som gäller för mellanspänning, kv. Eftersom man skiljer på ström och spänningsövertoner använder man sig av två separata men snarlika beräkningar. Spänningsdippar En kortvarig minskning i spänningen kallas för spänningsdip och kan förekomma i fall av motorstart, kortslutning av nätet, eller snabb återslutning av strömbrytare. Med rätt utrustning, s.k. soft starters ( mjuk start ), kan man minska spänningsdippen avsevärt. Vid start är det lämpligt att spänningen inte understiger 5 % av nominellt värde, enligt Svensk Standard SS Transienter Transienter, eller spikar vardagligt tal, är en hastig kortvarig förändring av spänning eller ström. Förekommer framförallt vid start och stopp av vindturbiner med konstant varvtal. Utmärkande för transienter är amplitud, stigtid och halveringstid Frekvensstabilitet För att inte överskrida den standardfrekvensnivå som råder i Sverige, dvs. 50 Hz, används under- och överfrekvensskydd. Inställningarna för ett sådant skydd tillåter vindkraftverken att generera energi inom ett frekvensområde mellan Hz. Vindkraftverkets förbindelse med nätet skall brytas efter 0,5 sekunders tidsfördröjning vid överskridning av detta frekvensspann. Liksom ett flertal andra funktioner hanteras frekvensstabilitet från en gemensam parkdator som samordnar flera av vindkraftverkets processer. 16

17 4.4.3 Faskompensering Ett vindkraftverks effektproduktion påverkar hur mycket effekt som kan tas ut från nätet. För att skapa rätt nivå och balans mellan reaktiva och aktiva effekten som överförs träffas en överenskommelse om faskompensering mellan nätägare och producent. Följande tas i beaktning: Spänningsvariationer Risk för överspänning Flickeremission vid in- och urkoppling av fasta kondensatorbatterier Resonansfenomen med övertoner Övertonsemission 4.5 Beräkningsformler (från AMP) Maximalt avgiven effekt: P max = ρ * P ref ρ är övre gräns för aktiv effekt (ekvation 1) Långsamma spänningsvariationer För beräkning av långsamma spänningsvariationer mellan två knutpunkter eller längs en radial, orsakade av vindkraftverk, används följande uppställning: U = P R Q X U * 100% (ekvation 2) U är beteckningen för spänningsskillnaden mellan U 1 och anslutningspunkten U 2. R och X är resistansen respektive reaktansen mellan knutpunkterna. P är den maximala effekten beräknad ovan och Q är reaktiv effekt. Båda inmatade i anslutningspunkten. Vidare kan det tilläggas att maximalt tillåtna spänningsvariation ej får överstiga 2,5 %. Då är även spänningsregleringens dödband med i beräkningen. Snabba spänningsvariationer Flickeremissionen från en enskild källa i anslutningspunkten bör under ett tvåtimmars intervall ej överstiga P lt = 0,25. Vid start beräknas kortslutningseffekten i anslutningspunkten vid enkel inkoppling enligt: S k 25k umax(ψ k )S ref (ekvation 3) S k är den kortslutningseffekt som krävs för en enkel inkoppling. Spänningsändringsfaktorn k u(ψ k ) ges av fabrikören. I avsaknad av 17

18 spänningsändringsfaktor använder man normalt k u = 3. S ref är den skenbara referenseffekt som vindkraftverket ger ifrån sig. Vid upprepade starter måste man även ta hänsyn till flickerstegsfaktorn k f (Ψ k ), som är en funktion av kortslutningsvinkeln. Kortslutningseffekten beräknas då enligt: S k 8 k f (Ψ k ), S ref (ekvation 4) N 120 är det maximala antalet inkopplingar under en tvåtimmarsperiod. Det maximala antalet tillåtna inkopplingar i samma anslutningspunkt beräknas genom att multiplicera antalet vindkraftverk med det maximala antalet inkopplingar per verk. Den sammanlagda flickeremissionen vid start av olika verk summeras enligt:,, P st, tot =, (ekvation 5) P st,k är flickeremissionen från vindkraftverk nr k. Vid drift beräknas erforderlig kortslutningseffekt enligt: S k c f (Ψ k )S ref (ekvation 6) c f (Ψ k ) är vindkraftverkets flickerkoefficient och ges av tillverkaren. Erforderlig kortslutningseffekt i en punkt som knyter an flera likadana vindkraftverk beräknas enligt: S k c f (Ψ k )S ref (ekvation 7) k är antalet vindkraftverk. Summan av flickeremission från flera olika vindkraftverk: P lt,tot =, (ekvation 8) P lt,k är flickeremission från vindkraftverk nr k. 18

19 Övertoner Tillåten amplitud på strömövertoner, för ett enskilt vindkraftverk, beräknas som: i n = (ekvation 9) u n är tillåten spänning för överton av ordningstal n, U är nominell nätspänning, S max är vindkraftverkets maximala skenbara effekt och Z n nätimpedansenn för överton av ordningstalet n. För flera vindkraftverk, anslutna till samma punkt, kan övertonerna summeras som: i n =, i n,k är överton av ordningstal n från vindkraftverk nr k och väljs enligt Tabell 1. (ekvation 10) en exponent som överton nummer n 1 1,4 2 n < 5 5 n 10 n > 10 Tabell 1 I en given punkt på radialen kan nätimpedansen, Z k, för överton av ordningstal n med god approximation skrivas som: Z n n ( X k + X l ) (ekvation 11) X k är transformatorns kortslutningsreaktans för grundtonen, X 1 är reaktansen i ledningen för grundtonen och n är övertonens ordningstal. Med transformatorn avsess transformatorn i det överliggandee nätet, ej vindkraftverkets transformator. Impedansen kan också beräknas som: Z n = (ekvation 12) U är nominell spänning i en given punkt på radialen. 19

20 4.6 ASP Föreskriften ASP har sammanställt följande kontrollista för tekniska studier: Lastflöde (effektflöde) Driftströmmar och felströmmar Spänningsvariationer och spänningshållning Förluster Reaktiv effektbalans Dynamik Felströmsbidrag vid spänningsdippar Exploatören skall svara för att anläggningen är verifierad och följer de krav som Svenska Kraftnät föreskriver avseende effektproduktionen vid olika förutsättningar och bibehållen nätanslutning vid spänningsdippar Lastflöde (effektflöde) Med lastflöde syftar man till den aktiva och reaktiva effekt som överförs mellan produktionsanläggningarna och belastningarna på elnätet. Belastningen i nätet beror främst på samspelet mellan produktion och konsumtion. Eftersom förbrukningen och produktionen av energi är säsongsrelaterat uppstår fyra stycken fall att ta hänsyn till då man gör beräkningar för nätet. stark vind, hög produktion och stor konsumtion (t.ex. en vinterdag) svag vind, låg produktion och stor konsumtion (t.ex. en vinterdag) stark vind, hög produktion och låg konsumtion (t.ex. en sommardag) svag vind, låg produktion och låg konsumtion (t.ex. en sommardag) Figur 2. visar ett exempel på varierande effektuttag ur det svenska stamnätet en vinter- respektive sommardag. Typiska dygnsvariationer i effektuttag beroende på säsong. Exemplifierat effektuttag är från svenska stamnätet med variation på ca 70MW/min.Taget ur ASP. Beräkningsstudier görs enklast i datorprogram avsett för simulering av nätanslutningar. 20

21 Driftströmmar Genereras av vindkraftverket och är den ström som passerar ledningar och transformatorer fram till konsument. Den reaktiva och aktiva effekten som överförs på ledningarna avgör delvis strömmens karaktär men även kapacitansen, som råder mellan kabel och jord, har en viss inverkan då denna skapar ett spänningsberoende reaktivt effektbehov. Felströmmar I händelse av att kortslutning sker mellan fasledningar eller mellan fasledning och jord gör man förberedande studier för att förvissa sig om att teknisk utrustning inte överskrider sin potential. Storleken av felströmmen påverkas av kortslutningseffekt och felresistans. Figur 3A. Trefasig kortslutning Figur 3B. Enfasig kortslutning Den trefasiga kortslutningsströmmen ges av sambandet: i k = (ekvation 13) Beräkningen av kortslutningsströmmar mellan fas- och jord sker oftast genom dialog mellan nätägare och exploatör. 21

22 Spänningsvariationer och spänningshållning Ledningarna har en impedans av induktiv karaktär och när ström passerar denna reaktans avges aktiv och reaktiv effekt, vilket föranleder spänningsfall. Förutom ledningarnas inverkan finns det ytterligare faktorer att ta hänsyn till såsom in- och urkoppling av vindkraftverken. Svenska Kraftnät förordar att effektproduktion inte får öka med mer än 30 MW per minut vid inkoppling. Man bör heller inte koppla ur lika mycket energi vid stoppvind. Med stoppvind menas höga vindhastigheter, över 25 m/s, då vindkraftverket måste tas ur drift pga. risk för mekanisk överbelastning. Med spänningsreglerande utrustning, som t.ex. lindningskopplare, kan man begränsa den kortvariga spänningsvariation som kan uppstå vid inkoppling. Pga. spänningsregulatorns dödband blir den reglerade spänningsnivån något högre än startvärdet. Dödbandet är den korta tidssekvens innan själva regleringen påbörjas. Eftersom vinden är av varierande natur följer den producerade effekten samma mönster. En hastig vindökning skulle medföra en markant stegring av effekten. Denna variation kan kontrolleras och t o m minskas, men för ett hastigt avtagande finns det dock inget sådant tillvägagångssätt. Om möjligt stegar lindningskopplaren om. I ASP ges ett exempel från danska vindkraftparken Nystad som består av 72 vindkraftverk. Undersökningar visar att effektvariationerna som initiellt uppstår inte nämnvärt påverkar nätet. Förluster Tillförsel av effekt på ett nät bidrar till en ökad aktiv effektförlust. Då ett vindkraftverk närmar sig märkeffekt tilltar produktionen och därmed förlusterna, som kan beräknas enligt: P f = P 0 + k *P 2 (ekvation 14) P 0 är beteckningen för tomgångsförlusterna i nätet, k är en proportionalitetskonstant och P motsvarar överförd effekt i ledningarna. Reaktiv effektbalans Balansen mellan aktiv och reaktiv effekt på elnätet kan regleras efter behov. Förhållandet anges som cos, där är vinkeln mellan de båda effekterna. Varje vindkraftverk kan självt reglera denna vinkel, inom ett område mellan 0,95 och 1, genom att låta generatorn producera eller ta mot effekt Dynamik För större vindkraftparker gäller andra förhållningsregler vilket innebär att dimensioneringen utformas på annorlunda sätt. Vid fel på nätet kopplas normalt småskaliga vindkraftverk ur eftersom de inte påverkar nätet något nämnvärt, men urkoppling eller bortfall i större parker skulle innebära en alldeles för stor variation av effektens balans vilket kan ha till efterföljd att störningar i frekvens uppkommer. Även spänningen kan fallera. Dimensioneringen av parken ska klara av denna typ av problem utan att behöva koppla ur berörda vindkraftverk. Med datorprogram kan en park byggas upp med anslutning till nät. För att skapa en så realistisk bild som möjligt av projekteringen använder man sig av de data som anges för både 22

23 vindkraftverk och anslutande nät. Från data erhåller man bl.a. kortslutningseffekt som är ett mått på nätets styrka. Tumregeln lyder: ju högre kortslutningseffekt, desto mer energi kan du ansluta till elnätet. 23

24 5. BEARBETNING 5.1 Områdesbeskrivning, topografi Tidaholm Tidaholm är beläget i ett område där både vindförhållanden och förutsättningarna för att bygga anses som goda. Vindkraftparken har en tilltänkt placering i glest bebodda områden kring stadskärnan och kommer därför att ha en liten inverkan på sin omgivning, som till större delen består av skog och åkermark. Mångfalden av antalet grus- och landsvägar möjliggör förläggning av nya eventuella kabelgravar. Karta 1 visar inhämtad data över Sveriges vindförhållanden. Föreslagna kabelsträckningar framgår av Karta 2 och Karta 3 på nästa sida. Karta 1. Vindkartan är hämtad från Energimyndighetens webbsida. 24

25 Karta 2. Tidaholm västra Karta 3. Tidaholm östra 25

26 5.2 Befintliga och föreslagna stationer Idag finns två fördelningsstationer i Tidaholm. En station i den västra delen av staden och en i den östra delen. Normalt matas båda stationerna från Korsberga med 40kV-anslutning. Kabelförbindelse finns även med Falköping, som dock normalt är frånskiljd. Den västra stationen matar 10kV-nätet på västra sidan och den östra stationen matar 10kV-nätet på östra sidan. Västra station Östra station Överliggande nät från Falköping Överliggande nät från Korsberga Falköping och Korsberga sammankopplat 130kV nivå Kortslutningseffekt Max/Normal Kortslutningseffekt Min (MVA) (MVA) R/X (%) 0,125 0,125 0,125 0,125 0,162 Kortslutningsvinkel [Ψ= tan 1 ((R/X) 1 )] (Ψ ) 82,87 82,87 82,87 82,87 80,8 Överliggande spänning (kv) Last, effektuttag (MVA) Max Min 1,5 3 Tabell 2. Effekt i fördelningsstationer, last och överliggande nät Varje station har dubbla 2-lindningstransformatorer men de körs sällan samtidigt eftersom effektbehovet inte kräver det. Det är ändå fördelaktigt att ha dubbla transformatorer ur distributionssynpunkt eftersom den ena fungerar som reserv om den andra skulle tas ur bruk. Eftersom spänningen kan variera i nätet kan man ibland behöva öka eller minska spänningen från transformatorn. I varje transformator sitter därför lindningskopplare som kan användas för att reglera spänningen genom att ändras i olika steg. Man kan maximalt ändra lindningskopplaren +/- 15 % i steg om 1,67 %. Det är framför allt den här metoden för reglering som vi har använt oss av i vår undersökning. Data för nya och befintliga transformatorer framgår av Tabell 3. 26

27 Västra fördelningsstation Östra fördelningsstation Ny 130kV station Ny station vindkraft västra Ny station vindkraft östra T1 T2 T4 T5 T10 T11 T12 T6 T7 T8 T9 Märkeffekt (MVA) Omsättning (kv) 42/10,5 42/10,5 45/11 42/11 136/33 136/42 136/33 136/42 42/22 42/22 42/22 42/22 U k (%) 10 9,8 10,5 10,3 12,5 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 U r (%) 0,4292 0,3964 0,5212 0, ,3853 0,3853 0,4121 0,4121 U x (%) 9,9908 9, ,487 10, ,9926 9,9926 9,9915 9,9915 Tabell 3. Transformatordata Vid anslutning av vindkraftverk önskas hög kortslutningseffekt eftersom det ger lägre flimmernivå. Transformatorns kortslutningsimpedans ska därmed vara så låg som möjligt, men det finns dock standarder som anger en undre gräns för kortslutningsimpedansen i transformatorn. Värdena i tabellen till höger är hämtade från standardiseringsorganet IEC och har legat till grund för våra transformatordimensioneringar. Kortslutningsimpedans för olika märkeffekter Effekt (kva) Minsta kortslutningsimpedans (%) 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 Tabell 4. Minsta tillåtna kortslutningsimpedans för tvålindningstransformatorer > ,0 11,0 12,5 > 12,5 27

28 5.3 Kablar Kablarna påverkar i hög grad hur mycket effekt som kan överföras eftersom de ger upphov till effektförluster. Som regel kan man säga att ju grövre kabel man har desto högre ström tål den och därmed mer effekt. Å andra sidan kan strömmen och ledararean hållas lägre genom att öka spänningen, utan att effekten förändras, enligt den grundläggande effektformeln: S = 3 U h I n (ekvation 15) Detta framgår tydligt av Tabell 5 som visar de kablar vi har dimensionerat för i den här utredningen. Man kan se att vi har använt 3-faskablar för olika spänningsnivåer beroende på anslutningsalternativ. Det är framförallt arean och isoleringen som skiljer mellan olika spänningsnivåer. Kablarna förekommer i olika utförande och förläggs på olika sätt. Om man drar kablarna i luft blir kyleffekten bättre jämfört med att gräva ner dem i mark där överföringsförmågan reduceras då värmeutvecklingen blir påtaglig vid märkström. Markkablar har generellt lägre impedans och erhåller därför högre kortslutningseffekt. De kablar som vi huvudsakligen räknat på i denna rapport är förlagda i mark med anledning av att man helst inte vill ha synliga objekt. Men luftledningar är dock mer fördelaktiga ur effektivitetssynpunkt där vi har spänningsnivåer som är högre än 30 kv. Kablarna är mestadels utförda i triangelform där fasledarna, som är isolerade separat, tillsammans bildar en treledarkabel, se Figur 4. Alternativt kan fasledarna förläggas bredvid varandra i platt form men då fås oönskade fenomen, varför man buntar fasledarna i triangelformat (T). Vi har räknat med en strömtäthet på 1A/mm 2 för våra kablar. Detta är mer än nödvändigt och kostar mer eftersom arean blir upp till 4 gånger större än vad den behöver vara, men istället får man lägre förluster och det lönar sig på lång sikt. Figur 4. Kabelutförande 28

29 Kabel typ Area mm 2 Spänning U h (kv) Markledning Märkström I n (A) Märkeffekt S n (MVA) Kabelsträckning beroende på 65 C 90 C Normal Förläggning anslutningsalternativ drift i rör (Se karta) AXKJ 3x ,5 10,4 AXKJ 3x ,5 9,4 AXKJ 3x ,38 6,6 Inom vindkraftpark (inkl X1-X2, X4-X5) Inom vindkraftpark (inkl X1-X2, X4-X5) Inom vindkraftpark (inkl X1-X2, X4-X5) AXKJ 3x ,3 15,6 X3-X6, X10-X13, X11-X13, X12-X13 AXKJ 500-T ,9 12,5 X2-Pukegården X3-Lambevad X4-Oltorp X10-Gulliden X11-Kleven St X12-Råmmerhem AXKJ 500-T ,5 23,0 X4-X6, X2-X6 AXKJ 500-T ,1 40,6 AXCEL 3x ,9 22,5 Luftledning X7-X9 Delvis X8-X9 Delvis X9-X13 Delvis X2-X6, X3-X6, X4-X6, X10-X13, X11-X13, X12-X13 Kabel typ Area mm 2 Spänning U h (kv) Märkström I n (A) Märkeffekt S n (MVA) Kabelsträckning beroende på 50 C 100 C Normal Maximal anslutningsalternativ drift drift (Se karta) FeAl ,5 50,6 X7-X9 Delvis FeAl ,2 77,8 Tabell 5. Belastningsförmåga kablar. X6-X8 X8-X9 Delvis X9-X13 Delvis Som man kan se i Tabell 5 börjar alla markkabelbeteckningar med bokstäverna A och X. Dessa beteckningar står för Aluminium respektive PEX-isolering. Aluminium har sämre ledningsförmåga än koppar men är istället mycket billigare vilket gör det till vårt förstahandsval. Dock tvingas man dimensionera för större ledararea då man använder aluminium för att öka ledningsförmågan, men priset är ändå lägre än koppar. PEX är den vanligast förekommande isoleringstypen och är sammansatt, på konstgjord väg, av kompositmaterial med olika egenskaper för att få bästa möjliga isolationsförmåga. PEX är egentligen en förkortning för tvärbunden polyeten, ett mycket starkt plastmaterial med väldigt bra termiska egenskaper. 29

30 5.4 Valet av vindkraftverk På den marknad som råder idag finns det ett tjugotal företag som specialiserat sig på att konstruera vindkraftverk, dock är enbart en handfull representerade i Sverige i nuläget, såsom WinWinD och Vestas. För våra lösningsförslag är det just de två fabrikaten som används: WWD-1 (1 MW) Vestas V-90 (2 MW) Vestas V-90 (3 MW) Varje typ av vindkraftverk har särskilda specifikationer som anges i verkets offertförfrågan, se Bilaga 4, vilken innehåller viktig information för att simulera projektet. Från data erhålls upplysningar om bl.a. verkets nominella effekt, generatorns märkeffekt, maximala antalet generatorinkopplingar under två timmar, flickerkoefficient samt flickerstegsfaktor Simulering i Power Tools För att kunna återge en så verklig bild som möjligt bör projektören ha god kännedom om hur man dimensionerar för nätet, dvs. göra rätt val av transformatorer, vindkraftverk och kablage. Programmet gör det möjligt att ställa in parametrar för varje komponent, såsom nominell spänning, effekt, impedans, kabelarea osv. Ett ändrat parametervärde kan åstadkomma tydliga förändringar på nätets dynamik vilket lämnar projektören med uppgiften att pröva sig fram för att hitta rätt balans. Figur 5 visar exempelvis hur man ställer in vindkraftverkets generator. Som tidigare nämnt finns det en hel del data färdig att hämta ur vindkraftverkens specifikationer. Här finner man uppgifter om bl.a. generatorns märkeffekt och den spänningsnivå som kraftverket är konstruerad för. För simulering är det möjligt att välja om man vill erhålla resultat för lastflöden (Load Flow) eller kortslutningseffekter (SC), se Figur 6. Lastflödesberäkningarna ger viktig information om spänningsförändringarna som uppstår och korstlutningseffekterna används i sin tur för att bl.a. beräkna flickeremission. När man simulerar kan man få förhållandet mellan resistans och reaktans, R/X, i anslutningsskenorna. Från detta kan man beräkna kortslutningsvinkeln Ψ k som avgör vilken flickerstegsfaktor k f och flickerkoefficient c f som ska användas i beräkningen av flickeremission. Simulering sker i fyra olika fall där full vindkraftsproduktion jämförs med ingen produktion alls. Den senare används som referens och det är spänningsvariationerna som uppkommer i anslutningsskenorna som jämförs. Testerna görs med både min- och maxlast. 30

31 Figur 5. Inställning av generatorns parametrar Figur 6. Simulering 31

32 Figur 7. Inställning av kabelns parametrar Figur 8. Inställning av transformatorns parametrar 32

33 6. FÖRSLAG TILL ANSLUTNING Vi har analyserat fyra förslag till anslutning av vindkraftverken på olika spänningsnivåer 10kV-, 40kV- och 130kV-nivå. Mätningar har utförts stegvis för olika driftfall enligt följande system: A. Minimal last, ingen produktion (referensfall) B. Minimal last, full produktion (utan reglering) C. Minimal last, full produktion (reglerat) D. Maximal last, ingen produktion (referensfall) E. Maximal last, full produktion (utan reglering) F. Maximal last, full produktion (reglerat) Med produktion avses elproduktion från vindkraftverken. För både minimal- och maximal last har vi utgått från det fall då vi inte har någon produktion, för att sedan bedöma hur spänningen varierar i nätet då vindkraften kopplas in utan att någon reglering görs. Med andra ord jämförs fallen A-B och D-E. Mellan stegen får spänningsvariationerna inte överskrida bestämda gränsvärden för respektive spänningsnivå. Av nyfikenhet har vi också kontrollerat om reglering med lindningskopplare rättar till spänningsnivåerna i nätet. Men denna typ av reglering görs normalt inte då man har vindkraft anslutet till nätet. Lindningskopplarna skulle då få stega om nästan hela tiden eftersom elproduktionen är ojämn. Enstaka tillfällen kan man dock använda denna regleringsmetod, t.ex. vid gränsfall eller då vindkraftsexploatörerna vill erhålla optimal transformatoromsättning på sina vindkraftverk i förhållande till elbolagens spänningsnivå. I varje alternativ finns principscheman samt diagram som visar procentuell avvikelse av spänningsvariationer för full produktion (utan reglering) i förhållande till referensfallet. Detaljerade mätvärden och scheman finns som bilagor. Projektering följer en turordning som generellt består av att analysera spänningsvariationer, flicker- och övertonsberäkning. I de fall då spänningsvariationerna överskrider tillåtna värden väljer man av logiska skäl att inte fortsätta beräkna för övriga parametrar. Av denna anledning saknas flicker- och övertonsberäkning för de tre första alternativen då detta anses överflödigt. Är flicker och övertoner på en godtagbar nivå redan vid vindkraftverkens anslutningspunkter behöver man inte fortsätta att räkna längre in i nätet pga. den högre kortslutningseffekt som råder där. En högre kortslutningseffekt medför en minskad flickeremission och allmänt gäller: ett nät är som starkast i sammankopplingspunkten (vanligtvis vid huvudskenor i fördelningsstationer) och dess styrka avtar längre ut. Normalt brukar flicker summeras med hjälp av ekvation 5 och 8 men förenklat räknar man på alla vindkraftverk anslutna i en skena. Detta demonstreras i Kalkylblad 2 där båda tillvägagångssätten åskådliggörs och man kan se att skillnaden är marginell. 33

34 6.1 Alternativ 1: 10kV-nivå Tidaholms Energi vill, som vi tidigare nämnt, att man först och främst undersöker om det går att ansluta till befintligt distributionsnät, dvs. 10kV-nätet. Detta med anledning av att investeringskostnaderna ska bli minimala. Vi har delat upp vindkraftverken i åtta olika områden och anslutit till närmaste mottagningsstation, se Schema 1-2. Observera att scheman endast visar de skenor vi har anknutit till, ty 10kV-nätet är mycket större i sin helhet. Resultatt från simulering kommer att visa väldigt höga värden på spänningsvariationerna, se Diagram 3. Variationerna visas endast för de skenor vi har anslutit till, men övriga nätet beter sig på samma sätt. Då spänningsvariationerna är för höga redan vid huvudskenan finns det egentligen ingen anledning attt göra vidare undersökningar eftersom sammaa variationer uppkommer ute i nätet. Orsaken till att gränsvärdena överskrids är den låga kortslutningseffekten. Nätet kan inte hantera en så hög inmatning av vindkraftseffekt. En stor in- eller utmatning av effekt i nätet gör att spänningen varierar avsevärt och detta märks tydligare ju lägre spänningsnivå man har. Slutsatsen blir att 10kV-nätet är för svagt och detta alternativ är därmed inte att rekommendera. 34

35 35,00 U (%) Diagram 4. Spänningsvariationer Tidaholm östra 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 Minlast Maxlast 5,00 0,00 Östra station uppsp Östra station nedsp Gulliden Kleven st Råmmarhem Skena Schema 1. 35

36 Schema 2. 36

37 6.2 Alternativ 2: 10- och 40kV-nivå kombinerat I detta alternativ har vi undersökt om det är möjligt att ansluta de två avlägsna vindkraftverken på den västra delen, 1MW (X1) respektive 3MW (X5), direkt till befintligt 10 kv-nät. Se Karta 2. Detta skulle korta transportsträckan och bespara pengar eftersom de befinner sig på förhållandevis långa avstånd från övriga verk, som ansluts med 22kV spänning till 40kV-nätet via en ny transformatorstation, se Schema 3. Simulering har gjorts enskilt för de två ensamstående vindkraftverken, där 1MW-verket dessutom provades helt fristående från övriga verk. Detta ger tre fall: 1. 1MW-verket fristående (övriga verk ej inkopplade) 2. 1MW-verket i kombination med övriga verk 3. 3MW-verket i kombination med övriga verk Det har visat sig att inget av fallen klarar gränsvärdena för spänningsvariationer, se Diagram kv-nätet klarar alltså inte ens 1 MW vindkraftseffekt utan att gränsvärdena överskrids. Av denna anledning har vi inte gjort några tester på dessa kombinationer för den östra delen eftersom det minsta vindkraftverket där har effekten 2 MW. Den bästa lösningen bör vara att ansluta all vindkraft till den högre spänningsnivån via transformering. % 5,000 Diagram 5. Spänningsvariationer Fall 1 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 Minlast Maxlast 1,500 1,000 0,500 0,000 Skena 37

38 U (%) 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000 Diagram 6. Spänningsvariationer Fall 2 Skena Minlast Maxlast U (%) 12,000 Diagram 7. Spänningsvariationer Fall 3 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 Minlast Maxlast 0,000 Skena 38

39 Schema 3. 39

40 6.3 Alternativ 3: 40kV-nivå I detta alternativ är tanken att all vindkraft ska samlas upp i två olika mottagningsstationer för transformering till 42 kv, se Schema 4. Spänningen från vindkraftverken är tänkt att ligga på 22 kv och liknar till viss del alternativ 2. Som i de föregående alternativen ansluter man till befintligt nät, dvs. inga nybyggnationer krävs förutom vindkraftsförbindelserna med tillhörande mottagningsstationer. De nya stationerna bestyckas med dubbla transformatorer där effekten fördelas jämnt på skenorna. Detta är ett tämligen fördelaktigt alternativ då man går upp i spänningsnivå och kan ansluta till befintligt 40 kv-nät. Om dessutom de tekniska kraven uppfylls blir detta ett utmärkt val. Även för detta alternativ har vi testat två olika fall: 1. Östra och västra station sammankopplat 2. Östra och västra station separerat I första fallet är östra och västra fördelningsstation normalt sett sammankopplade och matas från Korsberga. Förbindelsen med Falköping är då frånskiljd men tillsluts allt efter ömsesidigt effektbehov. I andra fallet har vi valt att separera de två stationerna vilket innebär att Falköping matar västra stationen och Korsberga matar östra stationen. Separationen gör att kortslutningseffekten blir högre på vardera sida då matning kommer från två olika nät. Fall 2 bör klara gränserna för spänningsvariationer bättre på grund av den högre kortslutningseffekten. Resultat från mätning uppvisar dock att inget av fallen klarar tillåtna värden för spänningsvariationer, trots gränsfall, se Diagram 8-9. Eftersom vi inte tolererar avvikelser måste vidare undersökningar göras med en högre spänningsnivå och högre kortslutningseffekt. U (%) 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Diagram 8. Spänningsvariationer Fall 1 (sammankopplat) Minlast Maxlast Skena 40

41 U (%) 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Diagram 9. Spänningsvariationer Fall 2 (separerat) Skena Minlast Maxlast Schema 4. 41

42 6.4 Alternativ 4: 130kV-nivå Det fjärde förslaget grundar sig främst på Vattenfall Eldistribution:s idé om ett 130kV-nät, men är också viktigt med tanke på att resultaten från tidigare alternativ inte har varit tillräckligt bra. Tanken är att detta nät skall hantera all effekt från vindkraftverken så väl som framtida anslutningar. Rapporten fokuserar emellertid på vad som är aktuellt för stunden, dvs vindkraft. Den stora fördelen med en högre spänningsnivå är att det ger ett starkare nät vilket gör det möjligt att föra in mer effekt. Nätet blir även mindre känsligt för spänningsvariationer, övertoner och den flickeremission som uppstår. 130kV-alternativet innebär en total nybyggnation vilken innefattar ny kabeldragning, byggnation av nya samlingsskenor och en ny 130kV-station. Falköping och Korsberga sammankopplas och ligger direktanslutna till den nya stationens 130kV-skena. Nedspänningssidan består av två skenor, en på 33 kv som tar mot energin från hela vindkraftparken och en på 42 kv som matar de befintliga fördelningsstationerna, se Schema 5. Den nya 130kV-stationen består av tre transformatorer varav en fungerar som reserv (normalt frånkopplad). Reservtransformatorn är trelindad istället för tvålindad. Anledningen till varför vi har valt en trelindad är av ekonomiska skäl. En trelindningstransformator kostar normalt 30 % mer än en tvålindad men den utför samma arbete som två stycken tvålindade. Istället för att installera fyra transformatorer sparar man både utrymme och pengar. Samlingsskenorna för vindkraften i väst och i öst är placerade på sådant vis att producerad effekt får en förhållandevis kort transportsträcka till själva skenan. På så sätt kan en längre luftledning dras mellan samlingsskenor och 130kV-stationens nedspänningssida. Anledningen till varför lösningen är utformad så här beror på markkabelns kostnad. Markkablar är betydligt dyrare än luftledningar och man kan generellt sett räkna med en faktor på 2,5. Då vindkraftverken producerar märkeffekt kommer det att bildas ett överskott av energi. Hela Tidaholms behov kommer då att täckas och överskottet skickas till både Falköping och Korsberga. Vid underskott av produktion tas istället effekt från ovan nämnda. Resultaten för detta alternativ blev som väntat mycket bra, se Diagram 10. Utifrån flickerberäkningarna, i Kalkylblad 2, ges ett klart godkänt värde för emission på ca 0,05, vilket i teorin skulle innebära att det är möjligt att ansluta dubbelt så mycket effekt. I brist på tillräcklig data för vindkraftverken används ett medianvärde på 1,1 % för den totala övertonshalten THD i ström. Genom insättning av detta värde i ekvation 9 kan man lösa ut u n för ett enstaka vindkraftverk, förutsatt att man beräknat nätimpedansen med ekvation 12. Sammanlagring av u n för flera vindkraftverk ger THD för spänningen som beräknas på ett förenklat sätt som: THD = (ekvation 16) I Kalkylblad 1 kan man se att THD långt underskrider den rekommenderade nivån, på 6 % för övertonshalt, redan vid vindkraftverkens skenor. 42

43 1,600 U (%) Diagram 10. Spänningsvariationer 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 Minlast Maxlast 0,400 0,200 0,000 Skena Skena U (kv) S k (kva) Z n (Ω) S max verk (kva) i n (%) u n (%) THD (%) (ekv 16) Nord-park-öst , ,1 0,013 0, , ,1 0,02 0,035 Syd-park-öst , respektive ,1 0,021 0,0328 Mitten-parköst Nord-parkväst Mitten-parkväst ,1 0,0189 0, , ,1 0,0184 0,026 Syd-park-väst , respektive ,1 0,0188 0,046 Kalkylblad 1. Övertonsberäkning 43

44 Schema 5. 44

45 Flickerberäkning Alternativ 4, 130 kv Skena S k (MVA) k f verk N verk Antal verk N tot S ref verk (MVA) P st (ekv 4) P st tot c f verk P lt (ekv 7) P lt tot Nord park öst 166,745 0, ,001 0,061 0, ,1188 0,1188 Mitten park öst 169,8351 0, ,125 0,106 0, ,2231 0,2231 Syd park öst Samlingsskena vindkraft öst (beräkning 1) Samlingsskena vindkraft öst (beräkning 2) 162,2661 0, ,001 0,005 0,0975 2,1 0, ,2661 0, ,125 0,098 (ekv 5) 7 0,1906 0,1302 (ekv 5) 0,1924 (ekv 8) 0,3176 (ekv 8) 177,9355 0, ,125 0,118 0, ,2749 0, ,9355 0, ,001 0,006 (ekv 5) 2,1 0,0409 (ekv 8) Nord park väst 181,2832 0, ,125 0,108 0, ,2413 0,2413 Mitten park väst Syd park väst Samlingsskena vindkraft väst (beräkning 1) Samlingsskena vindkraft väst (beräkning 2) 186,7187 0, ,125 0,085 0, ,1657 0, ,0696 0, ,125 0,122 0, ,2927 0,2939 (ekv 5) (ekv 8) 183,0696 0, ,140 0,026 4,2 0,0262 0,1516 (ekv 5) 0,4148 (ekv 8) 188,5817 0, ,125 0,147 0, ,4018 0,4026 (ekv 5) 188,5817 0, ,140 0,025 4,2 0,0254 (ekv 8) 130kV-station nedspänning (vindkraft) 130kV-station uppspänning (sammankoppling Falköping/Kor sberga) 467, ,4874 0,2 0, ,125 2,001 0,066 0,002 0,0662 (ekv 5) 7 2,1 0,1929 0, ,4874 0, ,140 0,01 4,2 0, ,2 0, ,125 0, , ,2 0, ,001 0,0006 0,0175 2,1 0,0041 (ekv 5) 177,2 0, ,140 0,003 4,2 0,0027 0,1938 (ekv 8) 0,0511 (ekv 8) Kalkylblad 2. Flickerberäkning 45

46 7. RESULTAT OCH DISKUSSION Utifrån Tidaholms önskemål undersökte vi först om det gick att koppla in all vindkraft på 10kV-nätet. Det visade sig ganska snabbt att det var alltför optimistiskt då spänningsvariationerna var oacceptabla. Främsta orsaken är att nätets styrka inte räcker till. Vi hade förhoppningar om att kunna ansluta avlägsna kraftverk till befintligt distributionsnät och minska utgifterna för lång kabelsträckning. Men som alternativ 2 visar är detta inte genomförbart med anledning av att sammankopplingspunkten ligger för långt ut i nätet där kortslutningseffekten är lägre. Möjligen hade en lägre effekt från vindkraftverket kunnat accepteras eller att sammankopplingspunkten låg närmare huvudskenan, men då blir istället kabelsträckningen längre. Med detta kunde vi konstatera att den bästa lösningen skulle vara att samla all vindkraft till en gemensam skena för anslutning till högre spänningsnivå. I alternativ 3 tillämpade vi denna teori och resultaten förbättrades något men var ändå inte tillräckligt bra för att rekommendera detta alternativ. För att summera de observationer som gjorts under arbetets gång kan det fastslås att fjärde alternativet på 130kV nivå är en stark rekommendation. Beräkningar visar tydligt att endast detta nät klarar av tillförseln av 58MW eftersom kortslutningseffekten är högre. Som tidigare nämnt är det fullt möjligt i detta fall att ansluta mer effekt till nätet, vilket kan tänkas vara en bra investering för framtiden. Kostnaden för en sådan nybyggnation blir betydligt högre jämfört med övriga alternativ men är nödvändig för att upprätthålla teknisk standard och tillgodose beställaren Tidaholms Elnät AB:s önskemål. 46

47 8. REFERENSER 1. The Power Quality of Wind Turbines, Åke Larsson, 2000, doktorsavhandling Chalmers /05/ /05/ /05/ /05/10 6. Elkraftshandboken, Elkraftsystem 2, Blomqvist Hans, Almgren Åke, Anslutning av mindre produktionsanläggningar till elnätet, Svensk Energi, Anslutning av större produktionsanläggningar till elnätet, Elforsk rapport 06:79, Framgångsrik elprojektering av vindkraftverkgrupper, Elforsk rapport 03:17, Sammanlagring av flicker från vindkraftverk, Elforsk rapport 05:16, vatt/815691omxv/819774vxrx/876156vxrx/876176omxv/P02.pdf#search=%22vindk raft%20p%c3%a5%20land.pdf%20-vfse%22,

48 9. BILAGOR 9.1 Bilaga 1 Transformator Sida Lindningskopplarens nivå Minlast/ Ingen produktion Minlast/ Full produktion Maxlast/ Ingen produktion Maxlast/ Full produktion T2 (Väst) Primär +1,67 % -10,02 % -1,67 % -10,02 % T4 (Öst) Primär 0-6,68 % -5,01 % -6,68 % Tabell 6. Ändring av lindningskopplare vid reglering för Alternativ 1 Lindningskopplarens nivå (Fall 2) Transformator T2 Sida Minlast/ Ingen produktion Minlast/ Full produktion Maxlast/ Ingen produktion Maxlast/ Full produktion Primär +1,67 % 0-6,68 % -3,34 % Sekundär ,67 % +6,68 % T6 Primär 0-3,34 % -8,35 % -8,35 % T7 Primär 0-3,34 % -8,35 % -8,35 % Transformator Sida Lindningskopplarens nivå (Fall 3) Minlast/ Ingen produktion Minlast/ Full produktion Maxlast/ Ingen produktion Maxlast/ Full produktion T2 Primär +1,67 % -3,34 % -8,35 % -10,02 % T6 Primär 0-3,34 % -8,35 % -10,02 % T7 Primär 0-3,34 % -8,35 % -10,02 % Tabell 7. Ändring av lindningskopplare vid reglering för Alternativ 2 48

49 Transformator Lindningskopplarens nivå (Sammankopplat) Sida Minlast/ Ingen produktion Minlast/ Full produktion Maxlast/ Ingen produktion Maxlast/ Full produktion T1 Primär 0-8,35 % -10,02 % 0 T4 Primär -3,34 % -11,69 % -11,69 % -13,36 % T6 Primär 0-6,68 % -8,35 % 0 T7 Primär 0-5,01 % -8,35 % -6,68 % T8 Primär 0-6,68 % -8,35 % -6,68 % T9 Primär 0-6,68 % -8,35 % 0 Transformator Sida Lindningskopplarens nivå (Separerat) Minlast/ Ingen produktion Minlast/ Full produktion Maxlast/ Ingen produktion Maxlast/ Full produktion T1 Primär 0-3,34 % -5,01 % -6,68 % T4 Primär -3,34 % -3,34 % -5,01 % -6,68 % T6 Primär 0 +1,67 % -1,67 % -3,34 % T7 Primär 0 +1,67 % -1,67 % -3,34 % T8 Primär 0 +1,67 % -3,34 % 0 T9 Primär 0 +1,67 % -3,34 % -1,67 % Tabell 8. Ändring av lindningskopplare vid reglering för Alternativ 3 Transformator Sida Lindningskopplarens nivå Minlast/ Ingen produktion Minlast/ Full produktion Maxlast/ Ingen produktion Maxlast/ Full produktion T2 (Väst) Primär 0 0-1,67 % -1,67 % T4 (Öst) Primär -3,34 % -3,34 % -5,01 % -5,01 % T10 Primär T11 Primär 0 0-3,34 % -3,34 % Tabell 9. Ändring av lindningskopplare vid reglering för Alternativ 4 49

50 9.2 Bilaga 2 Simulerade mätvärden från PowerTools Alternativ 1 Väst/Öst VD = Volt Drop (%) (spänningsfall i förhållande till nominell spänning U n ) LF Voltage = verklig spänning på skena U (%) = spänningsändring i procent i förhållande till referensvärdet MINLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V) (%) VD % Västra station uppsp ,46 0, ,23 11,75 11, ,53 9,13 8,87 Västra station nedsp ,21-0, ,25 16,14 16, ,28-0,12 0,19 Nya Varv ,63-0, ,91-7,97 7, ,75-22,14 21,75 Oltorp ,53-0, ,02-5,64 5, ,87-20,05 19,66 Lambevad ,03-0, ,02-25,54 25, ,83-39,42 38,97 Pukegården ,77-0, ,18-18,18 17, ,32-32,76 32,33 Ledsgården ,24-0, ,68-21,81 21, ,19-36,02 35,58 MAXLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V) (%) VD % Västra station uppsp ,45 3, ,19 9,94 6, ,95 8,4 5,21 Västra station nedsp ,57 0, ,4 11,01 10, ,02-0,57 0,90 Nya Varv ,99 0, ,67-12,43 12, ,69-22,54 22,93 Oltorp ,89 0, ,19-10,18 10, ,44-20,45 20,83 Lambevad ,38 0, ,57-29,98 30, ,38-39,8 40,24 Pukegården ,13 0, ,67-22,85 23, ,66-33,16 33,58 Ledsgården ,59 0, ,31-26,36 26, ,62-36,42 36,84 Tabell 10. Spänningsvariationer för Alternativ 1. Väst MINLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V) (%) VD % Östra station uppsp ,57 0, ,84 3,49 3, ,33 3,14 2,74 Östra station nedsp ,3 0,5 9876,71 5,94 5, ,64 0,11 0,40 Gulliden ,68 0, ,44-2,46 2, ,51-7,9 8,36 Kleven st ,48 0, ,65-19,77 20, ,75-25,21 25,81 Råmmarhem ,61 0, ,4-25,76 26, ,62-31,02 31,66 MAXLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V) (%) VD % Östra station uppsp ,77 3, ,71 0, ,67 4,59 0,78 Östra station nedsp ,54 0, ,04 2,9 2, ,52 0,83 0,60 Gulliden ,92 0, ,08-5,29 5, ,28-7,22 7,39 Kleven st ,73 0, ,74-22,61 22, ,12-24,53 24,80 Råmmarhem ,86 0, ,09-28,51 28, ,17-30,37 30,65 Tabell 11. Spänningsvariationer för Alternativ 1. Öst 50

51 Simulerade mätvärden från PowerTools Alternativ 2 VD = Volt Drop (%) (spänningsfall i förhållande till nominell spänning U n ) LF Voltage = verklig spänning på skena U (%) = spänningsändring i procent i förhållande till referensvärdet MINLAST Ingen prod REF 1 MW full prod ej regl Komb Full prod ej regl Komb Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V (%) VD % Västra station uppsp ,48 0, ,27 0,67 0, ,79 5,13 4, ,7 4,48 3,753 Västra station nedsp ,04 0, ,56 0,34 0, ,73 4,9 4, ,33 2,57 2,159 Ny-sta-väst-uppsp ,8 0, ,6 0,67 0, ,99 4,45 3, ,57 3,79 3,065 T6 nedsp ,18 0, ,96 0,67 0, ,39 4,47 3, ,25 0,59 0,156 T7 nedsp ,18 0, ,96 0,67 0, ,29 4,52 3, ,25 0,64 0,106 Nord-park-väst ,18 0, ,96 0,67 0, ,71 3,63 2, ,48-0,22 0,972 Mitten-park-väst ,18 0, ,96 0,67 0, ,21 4,39 3, ,38 0,51 0,234 Syd-park-väst ,18 0, ,96 0,67 0, ,67 3,87 3, ,12 0,01 0,737 Ledsgården ,06 0, ,86-3,87 4, ,73 0,51 0, ,59-1,73 2,137 MAXLAST Ingen prod REF 1 MW full prod ej regl Komb Full prod ej regl Komb Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V (%) VD % Västra station uppsp ,27 7, ,76 7,41 0, ,55 10,45 3, ,6 10,29 2,894 Västra station nedsp ,35 0, ,79-0,17 0, ,29-0,84 0, ,1 2,14 2,061 Ny-sta-väst-uppsp ,44 7, ,93 7,4 0, ,99 9,77 2, ,62 9,56 2,116 T6 nedsp ,05-0, ,89-1,03 0, ,98 6,69 7, ,02 1,33 2,124 T7 nedsp ,05-0, ,89-1,03 0, ,7 6,74 7, ,41 1,38 2,167 Nord-park-väst ,05-0, ,89-1,03 0, ,59 5,82 6, ,56 0,52 1,314 Mitten-park-väst ,05-0, ,89-1,03 0, ,22 6,6 7, ,28 1,25 2,046 Syd-park-väst ,05-0, ,89-1,03 0, ,43 6,08 6, ,28 0,74 1,541 Ledsgården ,38 0, ,1-4,36 4, ,99-5,01 5, ,62-2,14 2,204 Tabell 12. Spänningsvariationer för Alternativ 2. Fall 1 & Fall 2 MINLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V) (%) VD % Västra station uppsp ,48 0, ,93 4,93 4, ,3 4,76 4,040 Västra station nedsp ,04 0, ,95 4,69 4, ,66-0,48 0,905 Ny-sta-väst-uppsp ,8 0, ,79 4,24 3, ,34 4,05 3,326 T6 nedsp ,18 0, ,55 4,26 3, ,19 0,74 0,009 T7 nedsp ,18 0, ,56 4,31 3, ,84 0,78 0,034 Nord-park-väst ,18 0, ,47 3,42 2, ,68-0,08 0,827 Mitten-park-väst ,18 0, ,33 4,18 3, ,34 0,66 0,088 Syd-park-väst ,18 0, ,63 3,66 2, ,89 0,15 0,599 Nya Varv ,45 0, ,58-6,56 6, ,36-11,28 11,732 MAXLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD % LF Voltage (V) (%) VD % Västra station uppsp ,27 7, ,35 10,73 3, ,5 10,36 2,970 Västra station nedsp ,35 0, ,97-0,48 0, ,39-0,93 1,011 Ny-sta-väst-uppsp ,44 7, ,59 10,07 2, ,26 9,62 2,175 T6 nedsp ,05-0, ,29 6,99 7, ,96-0,45 0,361 T7 nedsp ,05-0, ,84 7,05 7, ,09-0,40 0,401 Nord-park-väst ,05-0, ,5 6,12 6, ,39-1,25 0,434 Mitten-park-väst ,05-0, ,59 6,91 7, ,91-0,52 0,285 Syd-park-väst ,05-0, ,04 6,38 7, ,54-1,03 0,214 Nya Varv ,38 0, ,69-11,27 11, ,17-11,69 11,758 Tabell 13. Spänningsvariationer för Alternativ 2. Fall 3 51

52 Simulerade mätvärden från PowerTools Alternativ 3 Sammankopplat Matning kommer från Korsberga VD = Volt Drop (%) (spänningsfall i förhållande till nominell spänning U n ) LF Voltage = verklig spänning på skena U (%) = spänningsändring i procent i förhållande till referensvärdet MINLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD U (%) LF Voltage (V) (%) VD U (%) Östra station uppsp ,84 0, ,91 9,38 8, ,35 8,89 8,22 Östra station nedsp ,18-0, ,11 8,62 8, ,77-0,62 0,46 Ny-sta-öst-uppsp ,93 0, ,87 8,01 7, ,14 7,49 6,81 T8-nedsp ,68 0, ,30 7,97 7, ,46 0,82 0,09 T9-nedsp ,68 0, ,16 7,99 7, ,49 0,83 0,10 Nord-park-öst ,68 0, ,76 6,02 5, ,99-1,01 1,75 Mitten-park-öst ,68 0, ,09 6,73 6, ,94-0,35 1,08 Syd-park-öst ,68 0, ,25 5,76 5, ,87-1,24 1,98 Västra-station-uppsp ,40 0, ,09 8,70 7, ,52 8,17 7,43 Västra-station-nedsp ,61 0, ,22 8,83 7, ,43-0,08 1,01 Ny-sta-väst-uppsp ,29 0, ,30 6,91 6, ,98 6,3 5,54 T6-nedsp ,15 0, ,93 7,00 6, ,54-0,37 1,18 T7-nedsp ,15 0, ,80 7,03 6, ,12 1,43 0,63 Nord-park-väst ,15 0, ,40 5,92 5, ,10-1,37 2,19 Mitten-park-väst ,15 0, ,73 6,79 6, ,91-0,57 1,38 Syd-park-väst ,15 0, ,69 5,46 4, ,00-0,06 0,87 Skena-40kV-led-väst ,00 0, ,29 7,22 6, ,02 6,62 5,87 MAXLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD U (%) LF Voltage (V) (%) VD U (%) Östra station uppsp ,68 7, ,83 9,57 1, ,84 9,58 1,83 Östra station nedsp ,64-0, ,83 1,51 1, ,47-0,45 0,06 Ny-sta-öst-uppsp ,63 7, ,38 8,15 0, ,26 8,17 0,30 T8-nedsp ,10-0, ,77-0,26 0, ,39 1,55 2,04 T9-nedsp ,10-0, ,19-0,26 0, ,68-0,24 0,26 Nord-park-öst ,10-0, ,47-2,07 1, ,03-2,06 1,55 Mitten-park-öst ,10-0, ,94-1,42 0, ,46-1,40 0,90 Syd-park-öst ,10-0, ,52-2,30 1, ,01-0,53 0,03 Västra-station-uppsp ,02 8, ,07 9,47 0, ,59 9,49 0,93 Västra-station-nedsp ,06-0, ,37 0,38 0, ,26 0,40 0,95 Ny-sta-väst-uppsp ,67 8, ,91 7,56 1, ,00 7,59 1,14 T6-nedsp ,94 0, ,04-0,82 1, ,62-0,79 1,10 T7-nedsp ,94 0, ,47-0,80 1, ,67 1,05 0,74 Nord-park-väst ,94 0, ,63-1,82 2, ,29-1,79 2,10 Mitten-park-väst ,94 0, ,22-1,02 1, ,82-0,99 1,29 Syd-park-väst ,94 0, ,37-2,26 2, ,34-0,43 0,74 Skena-40kV-led-väst ,41 8, ,23 7,90 0, ,91 7,92 0,77 Tabell 14. Spänningsvariationer för Alternativ 3. Sammankopplat 52

53 Simulerade mätvärden från PowerTools Alternativ 3 Separerat Västra stationen matas från Falköping Östra stationen matas från Korsberga VD = Volt Drop (%) (spänningsfall i förhållande till nominell spänning U n ) LF Voltage = verklig spänning på skena U (%) = spänningsändring i procent i förhållande till referensvärdet MINLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD U (%) LF Voltage (V) (%) VD U (%) Östra station uppsp ,21 0, ,94 0,65 0, ,06 0,67 0,17 Östra station nedsp ,13-0, ,33-0,24 0, ,08-0,22 0,17 Ny-sta-öst-uppsp ,32 0, ,95-0,66 1, ,06-0,64 1,14 T8-nedsp ,21 0, ,89-0,71 1, ,65 0,97 0,48 T9-nedsp ,21 0, ,47-0,71 1, ,62 0,97 0,48 Nord-park-öst ,21 0, ,03-2,52 3, ,7-0,86 1,36 Mitten-park-öst ,21 0, ,11-1,86 2, ,45-0,2 0,70 Syd-park-öst ,21 0, ,72-2,74 3, ,71-1,09 1,60 Västra-station-uppsp ,82 0, ,09 4,16 3, ,34 4,02 3,73 Västra-station-nedsp ,02 0, ,35 4,27 3, ,59 0,81 0,41 Ny-sta-väst-uppsp ,71 0, ,68 3,72 3, ,46 3,57 3,40 T6-nedsp ,61 0, ,32 3,78 3, ,21 0,28 0,11 T7-nedsp ,61 0, ,89 3,81 3, ,45 0,3 0,13 Nord-park-väst ,61 0, ,11 2,74 2, ,17-0,73 0,90 Mitten-park-väst ,61 0, ,56 3,58 3, ,88 0,08 0,09 Syd-park-väst ,61 0, ,61 2,29 2, ,77-1,17 1,34 Skena-40kV-led-väst ,43 0, ,93 4,03 3, ,06 3,89 3,72 MAXLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Full prod regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD U (%) LF Voltage (V) (%) VD U (%) Östra station uppsp ,64 3, ,46 3,02 0, ,07 3,08 0,91 Östra station nedsp ,45-0, ,4-1,91 1, ,10 0,05 0,93 Ny-sta-öst-uppsp ,67 3, ,62 1,67 2, ,20 1,74 2,29 T8-nedsp ,07 0, ,55-1,78 2, ,93 1,70 1,08 T9-nedsp ,07 0, ,48-1,77 2, ,75 0,03 0,60 Nord-park-öst ,07 0, ,03-3,56 4, ,15-1,79 2,43 Mitten-park-öst ,07 0, ,53-2,92 3, ,20-1,13 1,77 Syd-park-öst ,07 0, ,91-3,79 4, ,20-0,38 1,02 Västra-station-uppsp ,13 3, ,97 5,79 2, ,92 5,70 2,16 Västra-station-nedsp ,01-0, ,44 1,82 2, ,68-0,07 0,42 Ny-sta-väst-uppsp ,44 2, ,5 4,31 1, ,24 4,21 1,78 T6-nedsp ,86 0, ,31 2,74 1, ,99 0,95 0,13 T7-nedsp ,86 0, ,09 2,76 1, ,11 0,97 0,15 Nord-park-väst ,86 0, ,7 1,71 0, ,40-0,07 0,89 Mitten-park-väst ,86 0, ,07 2,54 1, ,94 0,75 0,07 Syd-park-väst ,86 0, ,33 1,26 0, ,54-0,51 1,34 Skena-40kV-led-väst ,16 2, ,32 4,62 2, ,20 4,53 2,11 Tabell 15. Spänningsvariationer för Alternativ 3. Separerat 53

54 Simulerade mätvärden från PowerTools Alternativ 4 VD = Volt Drop (%) (spänningsfall i förhållande till nominell spänning U n ) LF Voltage = verklig spänning på skena U (%) = spänningsändring i procent i förhållande till referensvärdet MINLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD U (%) 130kV-skena ,27 0, ,98 0,27 0, kV-station-vind-nedsp ,93 0, ,77 1,55 1, kV-station-distr-nedsp ,79 0, ,59 0,53 0,196 Östra-station-uppsp ,98 0, ,69 0,63 0,197 Östra-station-nedsp ,72-0, ,84-0,25 0,198 Västra-station-uppsp ,3 0, ,94 0,71 0,197 Västra-station-nedsp ,26 0, ,65 0,82 0,198 Samlingsskena-vindkraft-öst ,11 0, ,25 0,3 0,242 Nord-park-öst ,11 0, ,32 0,14 0,081 Mitten-park-öst ,11 0, ,44 0,04 0,016 Syd-park-öst ,11 0, ,29-0,16 0,216 Samlingsskena-vindkraft-väst ,73 0, ,88-0,19 0,252 Nord-park-väst ,73 0, ,14-0,47 0,526 Mitten-park-väst ,73 0, ,21-0,23 0,286 Syd-park-väst ,73 0, ,14-0,52 0,577 Befintlig 40kV-led öst-väst ,33 0, ,68 0,197 MAXLAST Ingen prod REF Full prod ej regl Skena Un (V) LF Voltage (V) (%) VD LF Voltage (V) (%) VD U (%) 130kV-skena ,09 0, ,91 0,9 0, kV-station-vind-nedsp ,84 0, ,12 2,15 1, kV-station-distr-nedsp ,5-0, ,71 0,02 0,161 Östra-station-uppsp ,39 0, ,97 0,72 0,164 Östra-station-nedsp ,65-0, ,66-0,55 0,170 Västra-station-uppsp ,89 1, ,9 1,41 0,166 Västra-station-nedsp ,84 0, ,08 0,73 0,170 Samlingsskena-vindkraft-öst , ,91 0,89 0,165 Nord-park-öst , ,3 0,73 0,002 Mitten-park-öst , ,61 0,63 0,096 Syd-park-öst , ,85 0,43 0,299 Samlingsskena-vindkraft-väst ,62 0, ,71 0,43 0,302 Nord-park-väst ,62 0, ,54 0,16 0,580 Mitten-park-väst ,62 0, ,11 0,4 0,337 Syd-park-väst ,62 0, ,99 0,12 0,615 Befintlig 40kV-led öst-väst ,19 0, ,44 1,11 0,165 Tabell 16. Spänningsvariationer för Alternativ 4. 54

55 9.3 Bilaga 3 Schema 6. Originalschema Alternativ 3 (Sammankopplat) 55

56 Schema 7. Originalschema Alternativ 3 (Separerat) 56

57 Schema 8. Originalschema Alternativ 4 57

58 9.4 Bilaga 4 Datablad 1A. WinWinD 1MW 58

59 Datablad 1B. WinWinD 1MW 59

60 Datablad 2A. Vestas V90 2 MW 60

61 Datablad 2B. Vestas V90 2 MW 61

62 Datablad 3A. Vestas V90 3 MW 62

63 Datablad 3B. Vestas V90 3 MW 63